Badania efektywności układu Fe–KClO4 jako termicznego aktywatora urządzeń specjalnych

W niniejszym opracowaniu przedstawiono wyniki prac badawczych nad właściwościami fizykochemicznymi mieszaniny grzewczej stosowanej m.in. w bateriach rezerwowych aktywowanych termicznie. Obejmują one charakterystykę handlowych preparatów stosowanych w układzie Fe/KClO₄ lub Fe/KClO₄/aktywator. Rozpatrywano także możliwość zwiększenia efektywności tej mieszaniny, co uzyskano, opracowując sposób modyfikacji jej składników, tj. handlowych preparatów chloranu(VII) potasu i proszku żelaza. Modyfikacja pierwszego z wymienionych pozwoliła na uzyskanie preparatu charakteryzującego się znacznie mniejszą zawartością zanieczyszczeń oraz optymalnym rozmiarem ziaren.
Spośród dostępnych siedemnastu handlowych proszków żelaza wytypowano zaledwie trzy, które wykazywały odpowiednią aktywność w mieszaninie grzewczej. Stwierdzono, Że istotnymi czynnikami określającymi praktyczną przydatność określonego proszku żelaza był poziom zanieczyszczeń występujących w warstwach powierzchniowych i przypowierzchniowych takich pierwiastków, jak Cr, V, Mn i Ti oraz cienka warstwa pasywacyjna tlenku żelaza wytworzona w wysokiej temperaturze w trakcie jego przygotowania. Proszki żelaza wykazujące aktywność w reakcji z utleniaczem (KClO₄) charakteryzowały się obecnością na powierzchni warstw -Fe₂O₃ i Fe₃O₄. W przypadku proszków żelaza modyfikacja polegała na ich obróbce w atmosferze diwodoru w temperaturze około 550 K, co prowadziło do zwiększenia ilości fazy Fe₃O₄.
Istotnymi czynnikami określającymi efektywność mieszaniny grzewczej był również jej skład chemiczny oraz warunki przygotowania do formy tabletki. Wszystko to pozwalało na uzyskanie finalnego produktu charakteryzującego się odpowiednią liniową szybkością palenia, ilością uwalnianej energii, objętością uwalnianych składników gazowych oraz czułością na zapalenie, a tak że optymalną wytrzymałością mechaniczną określoną na podstawie tzw. próby łamania. Stwierdzono, że uwalniana w wyniku inicjacji reakcji chemicznej w tabletce energia zależy od ilości tlenu pochodzącego z rozkładu chloranu(VII) potasu, który z kolei bierze udział w utlenianiu proszku żelaza. Generalnie mieszaniny grzewcze dwu- i trójskładnikowe winny być niskogazującymi, tj. charakteryzować się niewielką ilością produktów gazowych wydzielanych do atmosfery.
Mieszanina grzewcza trójskładnikowa zawierała dodatkowo aktywator, którym były odpowiednio proszki takich metali, jak Zn, Ti, Mo i nano-Fe. Optymalna zawartość aktywatora w mieszaninie grzewczej odpowiadała 4% mas. W wyniku przeprowadzonych prac otrzymano przewodzącą prąd elektryczny i ciepło mieszaninę grzewczą dwu- i trójskładnikowa, która może znaleźć praktyczne zastosowanie w bateriach rezerwowych aktywowanych termicznie.